Un experimento del CERN confirma que la gravedad tambin atrae al gemelo, con carga elctrica opuesta, de la materia, lo que alimenta el misterio de su escasez en el universo conocido
La antimateria, uno de los grandes misterios del universo, sigue dando pasos agigantados hacia el antimisterio. El histrico trabajo de Isaac Newton sobre la gravedad de la Tierra se inspir presuntamente al caerle una manzana en la cabeza desde un rbol. Pero, qu pasara con una antimanzana hecha de antimateria? Caera de la misma manera si existiera? Segn la teora de la relatividad general de Albert Einstein, s, pero hemos tardado un siglo en comprobarlo.
Igual que Galileo Galilei se subi hace 500 aos a la torre de Pisa para demostrar que dos esferas de distinta masa llegaban abajo al mismo tiempo, y no antes la ms pesada, como se podra suponer, cientficos de la Organizacin Europea para la Investigacin Nuclear (CERN) dejaron caer cien molculas de antihidrgeno ante la posibilidad de que la antimateria no se comportara del mismo modo que la materia, y en vez de caer al suelo salieran repelidas hacia arriba.
El resultado del experimento ha sido que la antimateria no tiene antigravedad, de modo que el antihidrgeno se comport exactamente igual que el hidrgeno, y descendi la metafrica torre de Pisa elaborada por investigadores internacionales del Aparato de Fsica Lser de Antihidrgeno (ALPHA) del CERN de Suiza, en colaboracin con ms de una docena de pases e instituciones privadas, incluido el Departamento Nacional de Ciencias de Estados Unidos.
El descubrimiento, publicado hoy en Nature, sirve para descartar que la repulsin gravitacional sea la razn por la que en el universo casi todo es materia, y la antimateria no se ha ido a otra parte expulsada por la gravedad. «En fsica, no se sabe realmente algo hasta que se observa», afirma el portavoz de ALPHA, Jeffrey Hangst. «Es un hito en el estudio de la antimateria, que todava nos desconcierta por su aparente ausencia en el Universo».
Nuestros cuerpos, la Tierra y casi todo lo que los cientficos conocen sobre el universo estn compuestos en su abrumadora mayora de materia regular, con protones, neutrones y electrones, as como de tomos de oxgeno, carbono, hierro y otros elementos de la tabla peridica. La antimateria no es ni materia oscura ni invisible. De hecho se genera en lugares tan inhspitos como en la desintegracin del potasio dentro de un pltano. Es simplemente una gemela de la materia pero con algunas propiedades opuestas. Por ejemplo, mientras los protones tienen carga positiva, los antiprotones tienen carga negativa. As como los antielectrones (tambin conocidos como positrones) son positivos mientras que los electrones son negativos.
Las leyes de la fsica predicen que la antimateria debera existir en el universo en cantidades aproximadamente iguales a las de la materia normal, sin embargo apenas est presente, un enigma que los cientficos llaman bariognesis. Una posible explicacin era que la antimateria haba sido repelida gravitacionalmente por la materia regular durante el Big Bang, pero este nuevo descubrimiento ha tirado al traste esta hiptesis.
«La teora de la relatividad general de Einstein dice que la antimateria debera comportarse exactamente igual que la materia», dijo Jonathan Wurtele, fsico del plasma de la Universidad de California en Berkeley y miembro de ALPHA. «Muchas mediciones indirectas indicaban que la gravedad interactuaba con la antimateria, pero hasta el resultado de hoy, nadie haba realizado realmente una observacin directa que pudiera descartar, por ejemplo, que el antihidrgeno se moviera hacia arriba y no hacia abajo en un campo gravitacional».
Lo ms interesante de la antimateria, y que es lo que la hace til en estos momentos, por ejemplo en medicina, es que tan pronto como toca la materia, explota, transformndose en energa, en concreto en fotones, en una reaccin tan poderosa que los cientficos llaman aniquilacin. Es decir, que si la antimanzana nos cayera en la cabeza ambos acabaramos aniquilados.
«Para una masa dada, tales aniquilaciones son la forma ms densa de liberacin de energa que conocemos», apunta el colaborador de ALPHA y fsico del plasma de la Universidad de California en Berkeley, Joel Fajans. Del carbn se pueden obtener 30.000 julios de energa por gramo, de la nuclear 80.000 millones de julios por gramo, pero del contacto entre la materia y la antimateria hablamos de 90 billones de julios por gramo. Un hecho que inspir los torpedos de fotones de la ficcin Star Trek, y cuya realidad es que seran necesarios apenas 10 miligramos de antimateria para mandar una nave a Marte.
El problema es que ahora mismo nos cuesta ms energa crear antimateria que la que nos podra dar. De hecho es la sustancia ms cara del universo conocido, con un costo estimado de unos 65.000 millones de euros el gramo. Debido a esto, algunos estudios de la NASA se estn planteando seriamente tratar de recolectar la antimateria que se genera de forma natural en los Cinturones de Van Allen de la Tierra, provocados por el viento solar en la magnetosfera terrestre.
«Comprender la naturaleza de la antimateria puede ayudarnos no slo a comprender cmo surgi nuestro universo, sino tambin permitir nuevas innovaciones que no se crea posibles, como las tomografas por emisin de positrones (PET, por sus siglas en ingls) que han salvado muchas vidas, al aplicar nuestro conocimiento sobre la antimateria para detectar clulas cancerosas tumores en el cuerpo», dice Vyacheslav Slava Lukin, director de programa de la Divisin de Fsica del Departamento de Ciencias de EEUU (NSF).
La produccin de antimateria, adems de consumir enormes cantidades de energa, es muy poco eficiente, ronda slo el 1% de las partculas creadas; y adems se destruye al entrar en contacto con la materia lo que hace complicadsimo conservarla. «Nos ha llevado 30 aos aprender cmo hacer este antitomo, retenerlo y controlarlo lo suficientemente bien como para que podamos dejarlo caer de manera que sea sensible a la fuerza de la gravedad», apunta Jeffrey Hangst.
Para el experimento ALPHA, el antihidrgeno estaba contenido dentro de una cmara de vaco cilndrica alta con una trampa magntica variable, llamada ALPHA-g. Luego los cientficos redujeron la fuerza de los campos magnticos superior e inferior de la trampa hasta que los tomos de antihidrgeno pudieron escapar, y cayeron como consecuencia de la gravedad.
Los investigadores repitieron el experimento ms de una docena de veces, variando la intensidad del campo magntico en la parte superior e inferior de la trampa para descartar posibles errores.
